DE1475635B1 - Piston with seal and guide bush - Google Patents
Piston with seal and guide bushInfo
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Description
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Die Erfindung bezieht sich auf einen Kolben, ins- Zweckmäßigerweise werden die Rillen an wenigbesondere für Flüssigkeits-und Luftkompressoren und stens einem Abschnitt der Kolbenoberfläche vorhydraulische und pneumatische Anlagen mit einer gesehen.The invention relates to a piston; the grooves are expediently pre-hydraulic on at least one section of the piston surface, in particular for liquid and air compressors and pneumatic systems with one seen.
dünnwandigen aus einem Fluorkohlenwasserstoff be- Eine vorteilhafte Dimensionierung des Kolbens mitthin-walled made of a fluorocarbon. An advantageous dimensioning of the piston with
stehenden Dichtungs- und Führungsbuchse, die gegen 5 der Buchse nach der Erfindung ergibt sich dadurch,standing sealing and guide bushing, which against 5 of the bushing according to the invention results from
axiale Bewegung relativ zum Kolben gesichert ist. daß die Rillen V-förmig sind und deren Tiefe größeraxial movement is secured relative to the piston. that the grooves are V-shaped and their depth is greater
Die Probleme der Kolben-Laufflächenabdichtung ist als 20% der Dicke des verbleibenden Teils derThe problem of the piston-tread seal is as 20% of the thickness of the remaining part of the
bei Kolben-Arbeitsmaschinen sind bekannt. Bei- Buchse.in piston working machines are known. At- socket.
spielsweise trägt der Kolben von Kühlmittelverdich- An Hand von Ausführungsbeispielen wird die Er-For example, the piston of coolant compressor carries on the basis of exemplary embodiments, the
tern Kolbenringe, die Leckverluste jedoch nicht völlig io findung erläutert; es stellt dartern piston rings, the leakage losses are not fully explained io finding; it shows
ausschließen. F i g. 1 teils einen Längsschnitt, teils eine Seiten-exclude. F i g. 1 partly a longitudinal section, partly a side
Bei Stoßdämpfern werden als Kolbenringe Poly- ansieht eines Kolbens mit einer Dichtungsbuchse,In shock absorbers, piston rings are poly- seen as a piston with a sealing sleeve,
amid-(Nylon)-Ringe verwendet, die sowohl Füh- Fig. 2 einen vergrößerten Teilschnitt, der dieamide (nylon) rings are used, both of which are shown in Fig. 2 is an enlarged partial section showing the
rungs- wie auch Dichtzwecken dienen. Abgesehen Einzelheiten der Anordnung der Dichtungsbuchseserve as well as sealing purposes. Apart from details of the arrangement of the sealing sleeve
von dem ungünstigen hygroskopischen Verhalten 15 auf dem Kolben darstellt,of the unfavorable hygroscopic behavior 15 on the piston,
dieses Werkstoffes, erweicht dieser Thermoplast bei F i g. 3 teils einen Längsschnitt, teils eine Seiten-of this material, this thermoplastic softens in FIG. 3 partly a longitudinal section, partly a side
200 bis 215° C, mit der Folge, daß der Kolbenring ansieht mit weggebrochenen Teilen einer für einen200 to 215 ° C, with the result that the piston ring looks with broken parts one for one
unbrauchbar wird. Stoßdämpfer bestimmten Ausführungsform,becomes unusable. Shock absorber specific embodiment,
Es ist bekannt, Kolben von Druckluftmotoren mit F i g. 4 einen topfförmigen Dichtungsrohling,It is known to use pistons of compressed air motors with F i g. 4 a cup-shaped sealing blank,
einem Überzug aus Polyamiden oder anderen Kunst- ao F i g. 5 schematisch die Aufeinanderfolge vona coating of polyamides or other synthetic ao F i g. 5 schematically shows the sequence of
Stoffen mit einer Überzugsstärke kleiner als lmm Arbeitsgängen bei der Befestigung der Dichtungs-Materials with a coating thickness less than 1 mm.
zu überziehen. Auch werden hydraulisch oder pneu- buchse auf dem,Kolben,to cover. Hydraulic or pneumatic bushing on the, piston,
matisch betätigte Kolben mit einer dünnwandigen F i g. 6 eine chirch Abkühlung geschrumpfte, auf
aus Polytetrafluorethylen bestehenden Dichtungs- dem Kolben aufgebrachte Dichtungsbuchse,
und Führungsbuchse versehen. Polytetrafluorethylen as Fig.7 teils im Schnitt und teils in Seitenansicht
dehnt sich bei steigender Temperatur zehnmal schnei- mit weggebrochenen Teilen eine für einen Kühller
aus als Stahl mit der Folge, daß der Dichtungs- mittelkompressor bestimmte Ausführungsform^
werkstoff aus dem Spalt zwischen Kolben und Zylin- ' F i g. 8 einen vergrößerten Teilausschnitt der Ausder
herausgedrückt wird und sich somit axial gegen- Λ führungsform nach Fig. 7 und -'■'<
■
über dem Kolben verschiebt. Dieser Nachteil der 30 Fig. 9 teils im Schnitt und teils in Seitenansicht
geringen thermischen Formstabilität des Polytetra- mit weggebrochenen Teilen eine weitere Ausfühfluoräthylens
kann auch nicht dadurch in befriedigen- rungsform des Kolbens mit Dichtungsbuchse,
der Weise vermeiden wenden, daß man diesen Kunst- .,. Gemäß Fig. 1 weist ein Zylinder 12 eine" Bohstoff
mit einer dünnen Schichtstärke an der Dicht- rungsfläche 14 auf, in der ein mit einer Kolbenstange
fläche aufträgt, da diese sowohl fertigungsmäßig als 35 16 verbundener Kolben 15 aufgenommen ist. Zwiauch
wegen eines gewissen unvermeidbaren Abriebes sehen der Zylinderbohrung 14 und der Kolbenaußendes
Dichtungswerkstoffes eine gewisse Mindeststärke fläche ist ein verhältnismäßig kleiner, ringförmiger
aufweisen muß. Zwischenraum 18 ausgespart.Automatically operated pistons with a thin-walled Fig. 6 a chirch cooling shrunk sealing bushing applied to the piston made of polytetrafluoroethylene,
and guide bush. Polytetrafluoroethylene as Fig. 7, partly in section and partly in side view, expands with increasing temperature ten times with broken-away parts for a cooler than steel with the result that the sealant compressor specific embodiment ^
material from the gap between piston and cylinder- 'F i g. 8 is an enlarged partial section of the apparent from the pushed out and thus axially counter Λ guide die according to Fig 7 and -. '■'<■
moves over the piston. This disadvantage of FIG. 9, partly in section and partly in side view, low thermal dimensional stability of the polytetrafluoroethylene with broken away parts.
the way to avoid turning this art.,. According to FIG. 1, a cylinder 12 has a "drilling material with a thin layer thickness on the sealing surface 14, in which a surface is applied to a piston rod, since this piston 15 connected in production as well as 35 16 is received Abrasion see the cylinder bore 14 and the piston outside of the sealing material a certain minimum thickness area is a relatively small, annular must have.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Die Außenfläche des Kolbens weist mehrere, ring-The invention is based on the object, under The outer surface of the piston has several, ring-
Ausnutzung des geringen Reibungskoeffizienten und 40 förmige, axial nebeneinander angeordnete, durch-Utilization of the low coefficient of friction and 40 shaped, axially side by side, through-
der selbstschmierenden,. Wirkung von Polytetra- . gehende Vorsprünge 20 auf, zwischen denen ebenfallsthe self-lubricating ,. Effect of polytetra-. going projections 20, between which also
fluoräthylen ein einfach" herzustellendes Dichtungs- ringförmige Nuten 25 liegen. In dem Zwischenraumfluoroethylene, a sealing ring-shaped grooves 25 which are easy to manufacture are located. In the intermediate space
element zu schaffen, das auch bei hohen Arbeits- 18 zwischen den einander gegenüberliegenden zylin-to create element that even with high working 18 between the opposing cylindrical
drücken und den dabei auftretenden Temperaturen drischen Oberflächen der Bohrung und des Kolbenspress and the temperatures occurring drischen surfaces of the bore and the piston
einwandfrei abdichtet und nicht aus dem Spalt zwi- 45 ist eine dünne Dichtungsbuchse 30 aus Fluorkohlen-seals properly and not from the gap between 45 is a thin sealing sleeve 30 made of fluorocarbon
schen Kolben und Zylinder herausgedrückt wird. stoff, beispielsweise Polytetrafluorethylen, vor-between piston and cylinder is pushed out. material, for example polytetrafluoroethylene,
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch ge- gesehen, die an den ringförmigen Vorsprüngen 20According to the invention, this object is seen by the fact that the annular projections 20
löst, daß die Oberfläche des Kolbens in an sich und Nuten 25 befestigt ist. Die Dichtungsbuchse 30solves that the surface of the piston in itself and grooves 25 is fixed. The sealing bush 30
bekannter Weise mit miten versehen ist, die so groß weist eine glatte Außenoberfläche 31 sowie deris known manner provided with miten, which has a smooth outer surface 31 as well as the large
sind, daß der Werkstoff des Dichtungselementes nach 50 Außenoberfläche des Kolbens angepaßte Nuten 32are that the material of the sealing element after 50 outer surface of the piston adapted grooves 32
dessen Aufbringen auf den Kolben die Rillenquer- und Vorsprünge 33 auf.its application to the piston, the groove transverse and projections 33 on.
schnitte nur zum Teil ausfüllt, so daß zwischen dem Wie insbesondere F i g. 2 zeigt, liegen die VorWerkstoff und dem Grund der Rillen ein Hohlraum Sprünge 33 der Dichtungsbuchse 30 in den Nuten 25 bleibt. ...... ,, . des Kolbens 15 und. die Vorsprünge 20 des Kolbenssections are only partially filled, so that between the How in particular F i g. 2 shows are the prior material and at the bottom of the grooves a cavity, cracks 33 of the sealing bushing 30 in the grooves 25 remain. ...... ,,. of the piston 15 and. the projections 20 of the piston
Durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Dich- 55 15 erstrecken sich in die Nuten 32 der Dichtungs-The inventive design of the seal 55 15 extend into the grooves 32 of the sealing
tungsbuchse für einen Kolben werden somit zwi- buchse 30. Die Vorsprünge 33 erstrecken sich so inConnection bushes for a piston are thus intermediate bushes 30. The projections 33 extend in this way
sehen dem Dichtungsträger und der darauf auf- die Nuten 25, daß Hohlräume 35 gebildet werden,see the seal carrier and the grooves 25 on it that cavities 35 are formed,
gebrachten Polytetrafluoräthylenschicht Hohlräume Die Nuten und Vorsprünge der Dichtungsbuchse undplaced polytetrafluoroethylene voids The grooves and protrusions of the sealing gland and
geschaffen, die sich zumindest teilweise auf Grund des Kolbens weisen im Querschnitt ein V-förmigescreated, which at least partially due to the piston have a V-shaped cross section
der thermischen Ausdehnung des Dichtungsmaterials 60 Profil auf. Die Dicke derjenigen Teile der Dichtungs-the thermal expansion of the sealing material 60 profile. The thickness of those parts of the sealing
während des Betriebes auffüllen, so daß das Dich- buchse 30, welche den Vorsprüngen 20 des KolbensFill up during operation so that the sealing bushing 30, which the projections 20 of the piston
tungsmaterial nicht mehr unter Minderung der Dich- gegenüberliegen, ist größer als 20 % der Dicke derprocessing material no longer with a reduction in the density opposite is greater than 20% of the thickness of the
tungseigenschaft plastisch verformt wird, sondern des- verbleibenden vorspringenden Teile 33 der Dich-processing property is plastically deformed, but the remaining protruding parts 33 of the sealing
sen Formstabilität auch unter dem Einfluß betriebs- tungsbuchse. In der Regel ragen die Vorsprünge 20sen dimensional stability even under the influence of the operating socket. As a rule, the projections 20 protrude
üblicher Temperaturschwankungen gewährleistet ist. 65 in die Dichtungsbuchse 30 etwa zwischen 50 undusual temperature fluctuations is guaranteed. 65 in the sealing sleeve 30 between approximately 50 and
Die Dichtungsbuchse nach der Erfindung wird 80% ihrer Querschnittsdicke. Dehnt sich die Dich-The sealing bushing according to the invention is 80% of its cross-sectional thickness. If the seal stretches
vorzugsweise mit einer Dicke von 0,254 bis 1,270 mm tungsbuchse 30 auf Grund steigender Temperaturenpreferably with a thickness of 0.254 to 1.270 mm processing bushing 30 due to increasing temperatures
ausgebildet. aus, so kann die Ausdehnung in die Hohlräume 35educated. off, the expansion into the cavities 35
ORIGINAL INSPECTEDORIGINAL INSPECTED
erfolgen, wodurch ein axiales Herausdrücken der Dichtungsbuchse 30 aus dem Spalt zwischen der Zylinderbohrung 14 und dem Kolben 15 vermieden ist.take place, whereby an axial pushing out of the sealing sleeve 30 from the gap between the Cylinder bore 14 and the piston 15 is avoided.
In F i g. 3 ist ein Zylinder 36 mit einer Bohrung 37 dargestellt, der die Kolbeneinheit 40 für einen gewähnlichen Stoßdämpfer aufnimmt. Zur Kolbeneinheit 40 gehört ein Kolben 41 mit einer Kolbenstange 42, die in üblicher Weise an dem Kolben mittels eines Bolzens 43 befestigt ist. Das Innere des Kolbens ist mit einer Vielzahl kleiner öffnungen 44 und 46 für den gesteuerten Durchgang eines Druckmittels während des Arbeitens des Stoßdämpfers versehen. In Fig. 3, a cylinder 36 is shown with a bore 37, which the piston unit 40 for a common Absorbs shock absorbers. The piston unit 40 includes a piston 41 with a piston rod 42, which is fastened to the piston by means of a bolt 43 in the usual manner. The inside of the The piston has a large number of small openings 44 and 46 for the controlled passage of a pressure medium provided while the shock absorber is working.
Die Außenfläche 47 des Kolbens 41 ist mit einer Vielzahl von ringförmigen Nuten und Vorsprüngen 48 versehen. Zwischen der äußeren, mit Nuten und Vorsprüngen versehenen Oberfläche des Kolbens und der Bohrung 37 ergibt sich ein Zwischenraum zur Aufnahme der Dichtungsbuchse 50, deren Außen- ao fläche wiederum glatt ist, während ihre Innenfläche eine dem Kolben entsprechende Rillung aufweist. Im Versuch wurde ein Stoßdämpfer mit einem Dichtungselement nach F i g. 3 einer Million Hüben unterworfen, um die Maßveränderungen durch Verschleiß, Flüssigkeitsabsorption oder Zerstörung infolge der Temperaturerhöhung zu bestimmen. Die Abmessungen in zwei Ebenen des Kolbens und der Dichtungselemente betrugen vor dem Versuch 25,387 und 25,405 mm. Nach dem Versuch betrugen die Maße in beiden gleichen Ebenen 25,394 und 25,402 mm, woraus sich ergibt, daß zwar ein gewisses Fließen des Werkstoffes, aber keine nennenswerte Maßveränderung eingetreten war. Während das Fließen des Polytetrafluoräthylen im allgemeinen als Nachteil angesehen wird, zeigt sich in diesem Fall, daß das Dichtungselement sich in vorteilhafter Weise der Bohrung anpaßt.The outer surface 47 of the piston 41 is formed with a plurality of annular grooves and projections 48 provided. Between the outer grooved and protruding surface of the piston and the bore 37 results in an interspace for receiving the sealing bush 50, the outer ao surface is in turn smooth, while its inner surface has a groove corresponding to the piston. in the A shock absorber with a sealing element according to FIG. 3 subjected to a million strokes, the dimensional changes due to wear, liquid absorption or destruction as a result of the To determine temperature increase. The dimensions in two planes of the piston and the sealing elements were 25,387 and 25,387 before the experiment 25.405 mm. After the test, the dimensions in both the same planes were 25.394 and 25.402 mm, From this it follows that there is a certain flow of the material, but no significant change in dimension had occurred. While the flow of polytetrafluoroethylene is generally a disadvantage is viewed, it is found in this case that the sealing element is advantageously the Adjusts bore.
F i g. 4 zeigt eine Vorrichtung zur Herstellung der Dichtungsbuchse 30 bzw. 50. Zuerst wird ein topfförmiger Dichtungsrohling 55 mit Boden 56 und zylindrischem Wandteil 57 hergestellt. Dieser Dichtungsrohling 55 wird sodann auf den Kolben 59 aufgebracht, und Rohling und Kolben werden gemeinsam in einen beheizten Raum 60 eingeführt, der einen Eintrittsabschnitt 61 aufweist, um während der Verformung den axialen Zug auf den Dichtungsrohling zu mindern. Dabei liegt die Temperatur in dem beheizten Raum 60 etwas höher als die Temperatur der Vorrichtung, in welcher der Kolben mit der Dichtungsbuchse läuft. Nach der Formgebung (gestrichelte Linien 62) läßt man die Temperatur etwas in dem beheizten Raum 60 absinken. Daraufhin wird der Kolben mit sich darauf befindender Abdichtung in das in Fi g. 6 dargestellte Kühlrohr 63 eingebracht. Nach Abkühlung wird die Einheit 64 aus dem Kühlrohr herausgenommen, und der Boden 56 des topfförmigen Dichtungsrohlings kann abgetrennt werden, wenn nur ein ringförmiges Dichtelement erzeugt werden soll, an Stelle eines Kolbens, dessen Boden mit Polytetrafluoräthylen überzogen ist.F i g. 4 shows a device for producing the sealing bushing 30 or 50. First, a cup-shaped Sealing blank 55 made with bottom 56 and cylindrical wall part 57. This blank seal 55 is then applied to piston 59, and blank and piston become common introduced into a heated space 60, which has an entry portion 61 to during the deformation to reduce the axial tension on the seal blank. The temperature is in the heated one Space 60 slightly higher than the temperature of the device in which the piston with the Sealing sleeve runs. After shaping (dashed lines 62), the temperature is left slightly in the heated space 60 sink. The piston then becomes with the seal on it in the in Fi g. 6 introduced cooling tube 63. After cooling, the unit 64 is removed from the cooling tube taken out, and the bottom 56 of the cup-shaped sealing blank can be separated, if only an annular sealing element is to be produced, instead of a piston, its bottom is coated with polytetrafluoroethylene.
Nach der Aufbringung des Rohlings 55 auf den Kolben 59 kann die Einheit 64 in eine Bohrung eingesetzt werden, ohne daß eine weitere Anpassung der Einheit zur Bohrung erfolgen muß.After the blank 55 has been applied to the piston 59, the unit 64 can be inserted into a bore without the need for further adaptation of the unit to the drilling.
In F i g. 7 ist eine Ausführungsform der Erfindung für Kühlmittelkompressoren dargestellt. Ein Kolben 65 weist eine U-förmige O-Ringnut 68 auf, die einen elastischen Ring 70 als Dichtungselement aufnimmt. Auf der mit Vorsprüngen versehenen Außenfläche des Kolbens ist in dichtender Anlage ein Polytetrafluoräthylenelement 75 angebracht, das topfförmig ausgebildet ist und einen den Kolbenboden bedekkenden Teil 76 aufweist.In Fig. 7 shows an embodiment of the invention for refrigerant compressors. A piston 65 has a U-shaped O-ring groove 68 which receives an elastic ring 70 as a sealing element. A polytetrafluoroethylene element is in sealing contact on the outer surface of the piston, which is provided with projections 75 attached, which is cup-shaped and covers the piston head Part 76 has.
Zusätzlich zu den gegenüber den Vorsprüngen 77 gebildeten Dichtbereichen ist gemäß F i g. 8 noch eine dem elastischen Teil 70 gegenüberliegende, ringförmige Dichtungsfläche vorgesehen.In addition to the sealing areas formed opposite the projections 77, according to FIG. 8 still an annular sealing surface opposite the elastic part 70 is provided.
Der Zusammenbau der Dichtungsbuchse und des Kolbens nach den F i g. 7 und 8 erfolgt im wesentlichen nach den bereits beschriebenen Schritten mit der Ausnahme, daß das elastische Teil 70 in die Ringnut eingelegt wird, bevor der Formgebungsvorgang erfolgt, und daß der Bodenteil 76 am Ende des Herstellungsvorganges nicht abgeschnitten oder in anderer Weise entfernt wird.The assembly of the sealing bushing and the piston according to FIGS. 7 and 8 takes place essentially following the steps already described with the exception that the elastic member 70 in the Annular groove is inserted before the shaping process takes place, and that the bottom part 76 at the end of the manufacturing process is not cut off or removed in any other way.
Der in F i g. 9 dargestellte Kolben 85 weist einen vertieften Boden 86 auf, der eine axial gerichtete Schulter 87 bildet. Die Außenfläche des Kolbens ist wiederum, wie in Verbindung mit den Fig. 1 und 2 beschrieben, mit Vorsprüngen und Nuten versehen und an ihm ist ein Dichtungselement 90 befestigt, das eine radial nach innen verlaufende Schürze 92 aufweist, die wie dargestellt, an der Stirnseite der Schulter 87 anliegt.The in F i g. Piston 85 shown in FIG. 9 has a recessed bottom 86 which is axially directed Shoulder 87 forms. The outer surface of the piston is again as in connection with FIGS. 1 and 2 described, provided with projections and grooves and a sealing element 90 is attached to it, which has a radially inwardly extending skirt 92 which, as shown, on the end face of the Shoulder 87 rests.
Wird die Dichtung nach der Erfindung an der Bohrung befestigt, so kann dies ebenfalls nach dem vorstehend beschriebenen Verfahren mit der Ausnahme geschehen, daß in die Bohrung eine erhitzte Stange eingesetzt wird, um das Dichtungselement radial nach außen zu pressen, wonach die zweite Stange eingeführt wird, welche das Element während seiner Abkühlung eingeschlossen hält.If the seal is attached to the bore according to the invention, this can also be done after The method described above is done with the exception that a heated hole in the hole Rod is used to press the sealing element radially outward, after which the second Rod is inserted, which keeps the element enclosed during its cooling.
Claims (6)
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